DE19937204C1 - Messtaster - Google Patents

Abstract

Ein modular aufgebauter Messtaster mit besonders kurzer Bauform, weist ein innenliegendes Dichtelement zur Abdichtung seines Tastelements gegen seinen Gehäusekörper auf. Das Dichtelement dient zugleich als Ferderelement zur Erzeugung einer Antastkraft und/oder als Verdrehsicherung für dieses. Es wirkt vorzugsweise als Zugfeder. DOLLAR A Es ergibt sich ein einfacher, gedrungener und zuverlässiger Aufbau.

Description

Die Erfindung betrifft einen Messtaster zur mechanischen (berührenden) Messung von Werkstückoberflächen.

Messtaster weisen in der Regel ein Gehäuse auf, aus dem ein Taststift herausragt. Der Taststift ist längs­ verschiebbar geführt und trägt an seinem freien Ende einen Tastkörper. In dem Gehäuse ist außer einer Messeinrichtung und einer Führungseinrichtung für die Messung der Ver­ schiebung des Taststifts bzw. der Führung desselben zu­ sätzlich eine Belastungseinrichtung angeordnet, die an dem Taststift eine Axialkraft erzeugt. Diese dient zum defi­ nierten Andrücken des Tastkörpers an eine Werkstückoberfläche.

Der Taststift muss frei von Verschmutzung gehalten werden, um in einer Führungseinrichtung nicht zu klemmen. Dazu dienen meist Faltenbälge, die außen auf dem Taststift sitzen.

Taster dieser Bauart weisen meist eine relativ große Länge auf. Außerdem sind sie mehr oder weniger komplex aufgebaut.

Aus der US-PS 4.910.879 ist ein Messkopf zum Antasten von Werkstücken auf Drehbänken bekannt. Dieser Messkopf weist ein Gehäuse auf, indem ein Tastarm um zwei Achsen quer um seine Längsrichtung schwenkbar gelagert ist. Zur Abdichtung des Gehäuses ist zwischen dem Gehäuse und dem Tastarm eine Dichtungsmembran angeordnet. Zusätzlich ist vor der Dichtungsmembran eine Schutzmembran angeordnet, die einen Stahlkern enthält. Diese dient dazu, Be­ schädigungen der Dichtungsmembran durch glühende Späne oder ähnliches zu vermeiden.

In dem Gehäuse ist eine Aufhängung zur schwenkbaren Lagerung des Fühlers vorgesehen, deren Struktur und Funktion nicht weiter erläutert wird.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Taster mit verkürzter Baulänge und möglichst vereinfachtem Aufbau anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit einem Messtaster gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Der erfindungsgemäße Messtaster ist als Kurztaster ausgebildet und weist dazu ein nahezu vollständig in dem Innenraum des Gehäusegrundkörpers untergebrachtes Tast­ element auf. Zu dem Tastelement gehört ein gelagerter Stift und ein von diesem getragener Tastkörper. Der Stift ragt nicht aus dem tastkörperseitigen Ende des Gehäuses. Nur der Tastkörper ragt heraus. Bedarfsweise kann der Stift jedoch verlängert werden, um für besondere Einsatz­ fälle einen weit aus dem Gehäusekörper ragenden Taststift zu bilden.

Bei dem erfindungsgemäßen Messtaster ist kein außer­ halb des Gehäuses befindlicher Faltenbalg vorhanden. Die Abdichtung des Taststifts gegen den Gehäusekörper wird durch eine Dichtung bewirkt, die in einem von den Gehäuse­ körper umschlossenen Innenraum angeordnet ist. Im Gegen­ satz zu einer außen angeordneten Dichtung, die beim Ein­ schieben des Tastelements in das Tastergehäuse mehr oder weniger zusammengedrückt oder -gefaltet wird, kann eine innenliegende Dichtung so ausgebildet werden, dass sie beim Einschieben des Tastelements in das Tastergehäuse auf Zug beansprucht wird. Dies ist jedoch nicht zwingend; Alternativen sind möglich.

Durch die Anordnung des Dichtelements in dem Innenraum und entsprechende Verkürzung des Tastelements gegenüber herkömmlichen Messtastern, wird eine kurze Bauform er­ reicht, die den Einsatz des Messtasters auch für schwie­ rige Messungen gestatten. Das Dichtelement kann zusätzlich als Federelement zur Erzeugung einer Antastkraft und/oder zur Verdrehsicherung des Tastelements dienen.

Der erfindungsgemäße Messtaster ist vorzugsweise modu­ lar und aus einfachen Teilen aufgebaut. Der modulare Auf­ bau ermöglicht dann die Anpassung an spezielle Einsatz­ fälle, auch für Kleinserien. Ein modularer Aufbau wird bspw. dadurch unterstützt, dass der Gehäusekörper durch eine im Wesentlichen glatte, vorzugsweise zylindrische, Hülse gebildet wird. Deren Länge ist an unterschiedliche Einsatzfälle auf einfachste Weise anpassbar.

Die Lagereinrichtung ist vorzugsweise eine Linear­ führung. Bei einer einfachen Ausführungsform wird der Taststift durch einen Halter für den Kern des Messsystems gebildet, wobei der Halter aus Keramik hergestellt und an seiner Außenseite präzise geschliffen sein kann. Die Außenseite kann dann über Wälzelemente, wie bspw. Kugeln, unmittelbar an einer Führung abgestützt sein, zu der ein in dem Gehäusekörper gehaltener Führungskörper gehört.

Bei modularem Aufbau kann der Führungskörper auf ein­ fachste Weise durch eine, zumindest an ihrer Innenfläche, präzise bearbeiteten Hülse gebildet werden, die außerdem als Spulenträger für freitragende Wicklungen des Mess­ systems dient und über ringförmige Passstücke mit der Außenhülse verbunden ist. Die ringförmigen Passstücke können aus Kunststoff ausgebildet werden und somit eine gewisse Federung zur Kraftentkopplung zwischen dem Gehäusekörper und dem Führungskörper aufweisen. Alternativ kann eine Fixierung der Innenhülse gegen die Außenhülse mit Schmelzkleber oder anderweitigen Verbindungsmitteln erfolgen.

Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, das Dichtelement als Schlauchelement auszubilden, das bei Betätigung des Messtasters auf Dehnung beansprucht wird. Damit wird zugleich ermöglicht, das Dichtelement zu­ sätzlich als Federelement zur Erzeugung der Messkraft zu nutzen. Weitere Messkrafterzeugungseinrichtungen sind nicht erforderlich und können entfallen. Das Dichtelement kann bspw. ein Dichtschlauch aus Silikon sein. An seinen beiden Enden ist er vorzugsweise mit einer Dichtwulst ver­ sehen, die zur Befestigung des Schlauchelements an dem Tastelement bzw. an dem Gehäusekörper dient. Die tast­ elementseitige Dichtwulst ist vorzugsweise nach innen gekröpft, während die dem Gehäusekörper zugeordnete Dicht­ wulst nach außen vorsteht. So wird auf einfache Weise eine gute Abdichtung erreicht. Außerdem wird eine gute Kraft­ übertragung zwischen dem dehnbaren Dichtelement und dem als Widerlager dienenden Gehäusekörper sowie dem Tast­ element erreicht, so dass die Federwirkung des Dichtele­ ments zur Erzeugung der Messkraft ausgenutzt werden kann.

Außerdem kann das Dichtelement zur Verdrehsicherung des Messelements genutzt werden. Dazu ist es vorteilhaft, wenn es mit seinen beiden Enden jeweils drehfest mit dem Messtaster und mit dem Gehäusekörper verbunden ist. Die Verbindung ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform lösbar gestaltet. Dadurch kann das Dichtelement ausge­ wechselt werden, um bspw. eine andere Messkraft einzu­ stellen. Zu diesem Zweck können unterschiedliche Dichtele­ mente vorgehalten werden, die jeweils eine unterschied­ liche Messkraft erbringen.

Die Befestigung des Dichtelements an dem Gehäusegrund­ körper und an dem Tastelement wird vorzugsweise durch Rastverbindungen sichergestellt. Die Verbindung zu dem Tastelement erfolgt dann bspw., indem die nach innen vorstehende Wulst des schlauchförmigen Dichtelements in eine entsprechende Nut des Tastelements greift, die sich nach außen öffnet. Zur Befestigung des Schlauchelements an der Innenseite des rohrförmigen Gehäusekörpers kann ein Stützring dienen, der das Dichtelement radial nach außen vorspannt. Der Stützring kann als separates Element aus­ gebildet oder Teil des Dichtelements sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Stützring der Verdrehsicherung des Tastelements dienen. Dazu weist er einen Schlitz auf, der von einer sich in axial er­ streckenden länglichen Rippe des Tastelements durchgriffen wird. Die den Schlitz definierenden, einander gegenüber­ liegenden freien Enden des Rings halten die Flanken der Rippen zwischen einander. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das schlauchförmige Dichtelement nicht dreh­ fest an dem Tastelement befestigt sein muss, was die Ver­ bindung hier vereinfacht.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung und/oder Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kurztaster in längs geschnittener schematisierter Darstellung,

Fig. 2 den Kurztaster nach Fig. 1, ohne Tastkörper und Dichtung, in längs geschnittener Darstellung, und

Fig. 3 Elemente des Tasters nach Fig. 2, in Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Zusammenbaus.

In Fig. 1 ist ein Messtaster 1 veranschaulicht, der eine kurze Bauform aufweist. Der Messtaster 1 weist einen Gehäusekörper 2 auf, der durch eine rohrförmige Hülse gebildet ist. Diese ist an ihrer Innen- und an ihrer Außenseite jeweils zylindrisch, wobei sie an ihrer Innenseite im Anschluss an ihr Ende 3 mit einer Rille 4 versehen ist. An ihrem anderen Ende 5 sitzt der Gehäusekörper 2 in einer Endkappe 6, die einen Abschluss bildet.

Der Gehäusekörper 2 umschließt einen zylindrischen Innenraum, in dem ein Tastelement 7 entlang einer Längsmittelachse 8 verschiebbar gelagert ist. Das Tastelement 7 und der Gehäusekörper 2 sind koaxial zu der Längsmittelachse 8 angeordnet. Das Tastelement 7 wird durch einen Stift gebildet, der vollständig in einem von dem Gehäusekörper 2 und der Endkappe 6 umschlossenen Innenraum angeordnet ist. An einem Ende trägt der Stift einen Halter 9, für einen Tasterkörper 11. Der Halter 9 ist etwa becherförmig, wobei sein Boden fest mit dem zu dem Tastelement gehörigen Stift 7 verbunden ist. Er lagert als Tastkörper 11 eine Kugel, die aus dem Gehäusekörper 2 herausragt. Die Kugel steht dabei um ein Maß aus dem Gehäusekörper 2 heraus, das vorzugsweise geringer ist als der Kugeldurchmesser.

Zur Lagerung des Tastelements 2 dient eine Linearführung, die in den Figuren nicht weiter veranschaulicht ist. Sie wird durch eine Führungshülse 12 gebildet, die koaxial zu der Längsmittelachse 8 angeordnet ist. Die Führungshülse 12 lagert ein Keramikrohr 14, dessen Außenseite geschliffen und an den Lagerstellen poliert ist. Die Lagerung kann in Form eines Gleitlagers, bedarfsweise jedoch auch in Form eines Wälzlagers erfolgen.

Zur Erfassung einer Auslenkung des Tastelement 7, zu dem das Keramikrohr 14 gehört, ist ein insbesondere aus Fig. 2 ersichtliches Messsystem 15 vorgesehen. Zu diesem gehören mehrere Spulen 16, 17, 18 und ein in dem Keramik­ rohr 14 untergebrachter Kern 19, aus einem Material mit einer relativen Permeabilität µ_r < 1. Außerdem ist das aus den Spulen 16, 17, 18 gebildete Spulensystem, wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, von einer magnetischen Rückschlusshülse 21 umgeben. Diese kleidet den Gehäusekörper 2 aus und erstreckt sich über alle drei Spulen 16, 17, 18.

Die Führungshülse 12 ist nicht nur Führung für das Tastelement 7, sondern darüber hinaus Träger für die Spulen 16, 17, 18, die auf der Führungshülse 12 sitzen. Zur Beabstandung der Spulen 16, 17, 18 voneinander, können Scheiben 22, 23, 24, 25 aus Schmelzklebstoff oder Backlack zwischen den Spulen sowie im äußeren Anschluss an die Spulen vorgesehen werden. Diese können im Rahmen einer Wärmebehandlung an oder aufschmelzen und das Spulensystem fixieren.

Die Führungshülse 12 trägt außerdem zwei Endstücken 26, 27, wobei das vordere Endstück 26 durch einen gedrehten oder gespritzten Kunststoffkörper gebildet wird. Das hintere Endstück 27 ist ebenfalls gedreht oder gespritzt und enthält außerdem noch Kontaktstifte 28, 29. Die Endstücke 26, 27 dienen der Positionierung und Fixierung der Führungshülse 12 in den Gehäusekörper 2.

Außerdem können sie eine kräftemäßige Entkopplung des Gehäusekörpers 2 von der Führungshülse 12 wenigstens hinsichtlich von Einspannkräften bewirken, die auf den Gehäusekörper 2 wirken. Das Endstück 26 kann durch Klebstoff in dem Gehäusekörper 2 befestigt sein. Fig. 3 veranschaulicht einen dazu vorgesehenen Klebstoffring.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist zur Abdichtung des von dem Gehäusekörper 2 umschlossenen Innenraums an dem Ende 3 ein kurzes schlauchförmiges Dichtelement 31 vorgesehen, das an seinem vorderen, dem Tastkörper 11 zugewandten Ende eine ringförmige Verdickung oder Wulst 32 aufweist. Diese greift in die Rinne 4 und ist in dieser gehalten. Dazu dient vorzugsweise ein Klemmring 33, der an seiner Außenumfangsfläche eine Rille trägt. Der Klemmring 33 drückt die Wulst 32 in die Rille 4, die somit mit dieser verrastet ist. Außerdem bildet das schlauchförmige Dichtelement 31 eine Verdrehsicherung für das Tastelement 7.

Das Dichtelement erstreckt sich mit geringer Konizität in den Innenraum des Gehäusekörpers 2 hinein. An ihrem inneren Ende 36 ist das Dichtelement 31 mit einer O-Ring- förmigen Wulst 37 versehen, die einen geringeren Durchmesser aufweist als das übrige Dichtelement 31. Sie erstreckt sich deshalb radial nach innen. Zur Aufnahme der Wulst 37 weist der Halter 9 eine Ausnehmung 38 auf, die in Axialrichtung auf den Tastkörper 11 hin eine Ringschulter oder ringförmige Anlagefläche 39 festlegt. Die Ringfläche 39 dient dabei als Abstützfläche, während die sich an­ schließende zylindrische Fläche der Ausnehmung 38 als Dichtfläche dient, gegen die Wulst 37 gespannt ist.

Der insoweit beschriebene Messtaster 1 arbeitet wie folgt:

Der Messtaster 1 wird von einem Arm oder Ausleger einer entsprechenden Messeinrichtung gehalten. Solange der Tastkörper 11 mit keinem Gegenstand in Berührung kommt, bewirkt die Federkraft des Dichtelements 31, dass das Tastelement 7 in einer definierten Lage entweder gegen einen Anschlag gespannt oder in einer sonstigen Stellung gehalten wird, die dann von dem Dichtelement 31 vorgegeben wird, das als Feder dient. Die Position des Tastelements wird von dem Messsystem erfasst und als elektrisches Sig­ nal ausgegeben.

Zur Durchführung einer Messung wird ein Gegenstand an den Tastkörper 11 herangeführt oder der Messtaster 1 so auf einen Körper (Werkstück) zubewegt, dass der Tastkörper 11 auf der Werkstückoberfläche aufsetzt. Das Tastelement 7 wird dabei gegen die Kraft des Dichtelements 31 gegen den Gehäusekörper 2 ausgelenkt. Dabei verschiebt sich der Kern 19 des Messsystems 15 entsprechend gegen die Spulen 16, 17, 18, die in Bezug auf den Gehäusekörper 2 selbst ortsfest bleiben. Das Dichtelement 31 bestimmt dabei die Kraft, mit der der Tastkörper 11 an das Werkstück angedrückt wird. Das Messsystem 15 liefert die entsprechenden, die Relativauslenkung des Tastelements 7 kennzeichneden Signale. Aus der Signalveränderung kann auf die Auslenkung geschlossen werden.

Soll die Tastkraft geändert werden, ist lediglich das Dichtelement 31 auszuwechseln. Dieses erfüllt eine Doppelfunktion. Es wirkt als Feder zur Erzeugung der Vorkraft und dichtet den Innenraum des Gehäusekörpers 2 nach außen hin ab. Außerdem kann es als Drehsicherung des Tastelements wirken. Infolge der Anordnung in dem Innenraum des Gehäusekörpers 2 ist es vor Beschädigung geschützt. Dennoch bleibt es relativ gut zugänglich. Nach Entfernen des Klemmrings 33 kann es mit dem Tastelement 7 aus dem Taster 1 herausgenommen werden, wonach es einfach abgestreift werden kann. Dabei rutscht die Wulst 37 aus der Ausnehmung 38. Von hinten her kann dann ein neues Dichtelement 31 mit anderer Federeigenschaft übergestülpt und mit seinem entsprechenden Wulstabschnitt 37 auf den zylindrischen hinteren Teil des Halters 9 aufgeschoben werden, der von der Ausnehmung 38 definiert wird.

Ein modular aufgebauter Messtaster 1 mit besonders kurzer Bauform, weist ein innenliegendes Dichtelement 31 zur Abdichtung seines Tastelement 7 gegen seinen Gehäusekörper 2 auf. Das Dichtelement 31 dient zugleich als Federelement zur Erzeugung einer Antastkraft und/oder zur Drehsicherung des Tastelements. Es wirkt vorzugsweise als Zugfeder.

Es ergibt sich ein einfacher, gedrungener und zuverlässiger Aufbau.

Claims (18)

1. Messtaster (1)
mit einem Gehäusekörper (2), der einen Innenraum umschließt,
mit einem Tastelement (7), das gegen den Gehäusekörper (2) verschiebbar gelagert und weitgehend in dessen Innenraum angeordnet ist,
mit einer in dem Innenraum angeordneten Lagereinrichtung (12) zur Lagerung des Tastelements (7),
mit einer Messeinrichtung (15), die in dem Innenraum angeordnet und mit dem Tastelement (7) verbunden ist, um dessen Auslenkung in ein entsprechendes Signal umzusetzen,
mit einem Dichtelement (31) zur Abdichtung des Tastelements (7) gegen den Gehäusekörper (2), wobei das Dichtelement (31) in dem Innenraum des Gehäusekörpers (2) zwischen dem Tastelement (7) und dem Gehäusekörper (2) angeordnet ist
und wobei das Dichtungselement (31) als Federelement zur Erzeugung einer Antastkraft für den Messtaster (7) ausgebildet ist.

2. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (2) durch eine Hülse gebildet ist.

3. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagereinrichtung (12) eine Linearführung ist.

4. Messtaster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung an dem Gehäusekörper (2) gelagert ist.

5. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (31) ein Schlauchelement ist.

6. Messtaster nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchelement (31) an seinen beiden Enden mit Dichtungswulsten (32, 37) versehen ist.

7. Messtaster nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchelement (31) konisch ausgebildet ist.

8. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (31) an einem Ende fest mit dem Tastelement (7) und an seinem anderen Ende fest mit dem Gehäusekörper (2) verbunden ist.

9. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (31) derart angeordnet ist, dass es gedehnt wird, wenn das Tastelement (7) in den Gehäusekörper (2) hinein bewegt wird.

10. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement ein Zugfederelement ist.

11. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement (7) in dem Messtaster (1) unverdrehbar gelagert ist.

12. Messtaster nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (31) sowohl mit dem Tastelement (7) als auch mit dem Gehäusekörper (2) unverdrehbar verbunden ist.

13. Messtaster nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (31) als Verdrehsicherung für das Tastelement (7) ausgebildet ist.

14. Messtaster nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (31) mit dem Tastelement (7) und dem Gehäusekörper (2) lösbar verbunden und auswechselbar angeordnet ist.

15. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (31) mit dem Gehäusekörper (2) und/oder dem Tastelement (7) eine Rastverbindung bildet.

16. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15) in den Gehäusekörper (2) eingeklebt ist.

17. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Lagereinrichtung (12) eine Führungshülse gehört, die in dem Gehäusekörper (2) nachgiebig gelagert ist.

18. Messtaster nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (12) als Spulenträger für vorzugsweise freitragend gewickelte Spulen (16, 17, 18) der Messeinrichtung (15) dient.